LoRa的优势是由自身的调制解调特性决定的，其难点和专利所在为接收机的解调过程，再准确一点说，LoRa的数字解调算法是最核心的部分。2.2节介绍了多种扩频方法，但并非使用了扩频技术其灵敏度就会大幅增加，也不是处理增益越高的系统灵敏度越高，而是与系统的调制解调机制相关。这也是LoRa调制技术区别于其他扩频技术的优势体现。

一、LoRa调制理论

在研究LoRa调制理论前需要对一些基础参数的概念进行解释：

SF：扩频因子，对码片数量取对数后的数字；

CR：编码速率，有效编码率为4/（4+CR）；

BW：调制带宽，当前LoRa物理层支持的带宽范围为7.8～500kHz；

NF：无线电噪声系数（单位：dB）。

1.LoRa调制链路

        图3-1中的LoRa调制链路由五部分组成，分别是纠错编码机、交织器、扩频序列产生器、笛卡儿极坐标转换器、Delta-sigma调制器。

图3-1   LoRa调制框图

1）纠错编码机

 

       如图3-1所示，当一组数据［用户的有效载荷（Payload）］被推入数据包接口（PacketInterface）时，调制过程开始。调制器通过纠错编码机将前向纠错编码（ForwardErrorCorrection，FEC）添加到这些字节中。

 

       这些有效载荷数据每一字节首先分成半字节（4位一组）。然后，根据编码速率配置，在1～4冗余纠错位之间选择并追加到每个半字节。调制器编码速率通过CR寄存器进行设置，表3-1为前向纠错编码配置表。

表3-1    前向纠错编码配置表

2）交织器

       通过纠错编码后，产生的（4+CR）比特段，随后被存储到交织器的存储阵列中。交织器（Interleaver）有（4+CR）列和SF行。一旦交织器满了，它的内容将编码到码元上。每个码元都带有SF位。因此，交织器内有（4+CR）×SF比特，独立于扩频因子SF被编码到4+CR码元上。

       这里举一个例子帮助读者理解交织器。假设此时CR=1，SF=7，其交织器为7行、5列。需要传输的数据流为：00000001001000110100010101100111。先将这些比特流分为4b一组（b1/b2/b3/b4）：0000；0001；0010；0011；0100；0101；0110；0111；对上述数据增加1b校验位（b1/b2/b3/b4/C）后为：00000；00011；00101；00110；01001；01010；01100；01111；再将上述数字填入交织器的存储列阵中。表3-2所示为交织器存储列阵数据模拟表，表中共有7行、5列，可以放置35b的数据。

表3-2   交织器存储列阵数据模拟表

       交织器存储列阵中的数据放置是通过一定的映射关系实现的。如图3-2所示，为数据与码元的交织映射关系示意图，可以看到35位的数据按照一定的映射关系被塞入5个码元中。

图3-2    交织映射示意图

 

       当35b数据进入交织器的存储列阵后，交织器存储满了，下一组数据（b1/b2/b3/b4/C）需要填入下一个交织器中。

3）扩频序列产生器

       每个码元都由2SF个码片组成。码片速率chip-rate等于调制带宽BW。因此，码元（symbol）的持续时间为

则无限长有效载荷（Payload）的有效数据速率